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1 金属材料的力学性能1

1.1 强度指标1

1.1.1 比例极限2

1.1.2 弹性极限2

1.1.3 屈服强度2

1.1.4 抗拉强度3

1.1.5 弹性模量3

1.1.6 疲劳强度3

1.2 塑性指标4

1.2.1 伸长率4

1.2.2 断面收缩率4

1.3 硬度指标5

1.3.1 布氏硬度5

1.3.2 洛氏硬度6

1.4 韧性指标8

1.4.1 冲击试验原理8

1.4.2 冲击韧性值的影响因素8

习题与思考题11

2 金属的晶体结构12

2.1 金属12

2.1.1 金属的特性12

2.1.2 金属原子的结构特点12

2.1.3 金属原子间的结合方式（金属键）12

2.2 金属的晶体结构14

2.2.1 晶体结构的基础知识14

2.2.2 金属中常见的三种晶体结构15

2.2.3 晶体结构特征的几个参数18

2.2.4 晶面指数和晶向指数19

2.2.5 晶体的各向异性23

2.3 金属的实际晶体结构24

2.3.1 点缺陷——空位和间隙原子24

2.3.2 线缺陷——位错26

2.3.3 面缺陷——晶界和亚晶界27

2.4 金属中的原子扩散28

2.4.1 固态金属中原子扩散的方式29

2.4.2 扩散速度的主要影响因素30

习题与思考题31

3 纯金属的结晶32

3.1 结晶的热力学条件32

3.2 液态金属的性质和结构33

3.2.1 液态金属的性质33

3.2.2 液态金属的结构34

3.3 金属结晶的现象35

3.3.1 金属结晶的过冷现象35

3.3.2 金属结晶的一般过程36

3.4 晶核的形成37

3.4.1 均匀形核（自发形核）37

3.4.2 非均匀形核（非自发形核）39

3.4.3 形核率与过冷度的关系42

3.5 晶核的长大44

3.5.1 晶体长大的驱动力44

3.5.2 液-固界面的微观结构44

3.5.3 液-固界面前沿液体中的温度梯度45

3.5.4 晶体生长机制和生长速率46

3.5.5 晶体的形貌48

3.5.6 过冷度对晶体长大的影响50

3.5.7 结晶过程中结构缺陷的形成50

3.6 金属结晶后的晶粒大小52

3.6.1 晶粒度对金属性能的影响52

3.6.2 晶粒度的决定因素53

3.6.3 晶粒度的控制方法53

3.7 铸锭的结晶及组织54

3.7.1 铸锭的宏观组织55

3.7.2 三晶带的形成55

3.7.3 结晶时的体积变化57

3.7.4 气泡的形成58

3.7.5 夹杂物的形成59

3.8 金属的同素异晶转变59

习题与思考题60

4 金属的塑性变形与再结晶61

4.1 金属的塑性变形61

4.1.1 单晶体的变形61

4.1.2 多晶体的塑性变形67

4.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响68

4.2.1 对性能的影响68

4.2.2 对组织结构的影响69

4.2.3 产生残余应力70

4.3 冷变形金属在加热时的变化71

4.3.1 回复71

4.3.2 再结晶72

4.3.3 晶粒长大73

4.3.4 影响再结晶后晶粒大小的因素74

4.3.5 冷塑性变形金属的热处理75

4.4 金属的热塑性变形76

4.4.1 金属的热加工与冷加工的本质区别76

4.4.2 热加工对钢组织和性能的影响77

习题与思考题78

5 二元合金的相结构与结晶79

5.1 基本概念79

5.2 固态合金中的相结构79

5.2.1 固溶体80

5.2.2 金属化合物87

5.3 二元合金相图的基本知识91

5.3.1 二元合金相图的表示方法91

5.3.2 二元合金相图的测定方法92

5.3.3 相律93

5.3.4 平衡相的定量法则——杠杆定律94

5.4 匀晶相图96

5.4.1 匀晶相图分析96

5.4.2 合金的平衡结晶及其组织97

5.4.3 结晶过程中溶质组元的重分配和分配系数99

5.4.4 合金的非平衡结晶及显微偏析99

5.4.5 区域熔炼（提纯）102

5.4.6 成分过冷在固溶体结晶中的作用102

5.4.7 合金的性能与成分的关系104

5.5 共晶相图105

5.5.1 相图分析105

5.5.2 合金的平衡结晶及其组织106

5.5.3 合金非平衡结晶及其组织111

5.5.4 密度偏析和区域偏析113

5.5.5 合金性能与成分的关系114

5.6 包晶相图115

5.6.1 相图分析115

5.6.2 合金的平衡结晶及其组织116

5.6.3 合金的非平衡结晶及其组织118

5.6.4 包晶转变的细化晶粒作用119

5.7 形成金属化合物的相图119

5.7.1 形成稳定化合物的相图120

5.7.2 形成不稳定化合物的相图121

5.8 具有固态相变的相图122

5.8.1 具有同素异晶转变的相图122

5.8.2 具有共析转变的相图123

5.8.3 具有包析转变的相图123

习题与思考题124

6 铁碳合金相图125

6.1 铁碳合金的基本相125

6.1.1 铁素体125

6.1.2 奥氏体126

6.1.3 渗碳体126

6.2 相图分析127

6.2.1 包晶转变线128

6.2.2 共晶转变线128

6.2.3 共析转变线129

6.2.4 其他重要曲线129

6.3 典型合金的结晶及其组织130

6.3.1 工业纯铁的结晶过程及组织转变130

6.3.2 共析钢（碳含量0.7 7％）的结晶过程及组织转变131

6.3.3 亚共析钢的结晶过程及组织转变132

6.3.4 过共析钢的结晶过程及组织转变134

6.3.5 共晶白口铸铁（含4.3 ％C）的结晶过程及组织转变135

6.3.6 亚共晶白口铸铁的结晶过程及组织转变136

6.3.7 过共晶白口铸铁的结晶过程及组织转变136

6.4 碳含量对铁碳合金平衡组织和性能的影响138

6.4.1 碳含量对平衡组织的影响138

6.4.2 碳含量对力学性能的影响139

6.5 铁碳相图的运用140

6.5.1 在钢铁选材方面的应用140

6.5.2 在制订热加工工艺方面的应用140

习题与思考题141

7 钢的热处理142

7.1 概述142

7.2 钢在加热时的转变142

7.2.1 共析钢的奥氏体化143

7.2.2 影响奥氏体化的因素145

7.2.3 奥氏体晶粒的长大146

7.3 钢在冷却时的转变148

7.3.1 过冷奥氏体等温转变149

7.3.2 影响奥氏体等温转变的因素157

7.3.3 过冷奥氏体的连续冷却转变158

7.3.4 马氏体转变161

7.4 钢的退火与正火165

7.4.1 退火165

7.4.2 正火168

7.5 钢的淬火169

7.5.1 淬火工艺169

7.5.2 淬火方法172

7.5.3 淬火缺陷及防止方法174

7.6 钢的回火175

7.6.1 回火的目的175

7.6.2 淬火钢的回火转变176

7.6.3 回火转变产物的组织与性能177

7.6.4 回火的种类及应用180

7.6.5 回火脆性181

7.7 钢的淬透性182

7.7.1 淬透性的概念182

7.7.2 影响淬透性的因素183

7.7.3 影响淬透层深度的因素183

7.7.4 淬透性的测定与表示方法184

7.7.5 淬透性的实际意义185

7.8 钢的表面热处理186

7.8.1 表面淬火186

7.8.2 化学热处理188

习题与思考题195

8 工业用钢196

8.1 钢中的合金元素及作用196

8.1.1 合金元素在钢中的存在形式196

8.1.2 合金元素对铁碳合金相图的影响200

8.2 钢的分类及牌号204

8.2.1 钢的分类204

8.2.2 钢材的分类205

8.2.3 钢铁产品的牌号206

8.3 工程结构用钢208

8.3.1 碳素结构钢（GB／T 700—2006）208

8.3.2 优质碳素结构钢（GB／T 699—1999）210

8.3.3 低合金高强度结构钢（GB／T 1591—2008）211

8.4 机械零件用钢214

8.4.1 调质钢215

8.4.2 渗碳钢216

8.4.3 弹簧钢219

8.4.4 滚动轴承钢222

8.5 工具钢225

8.5.1 刃具钢225

8.5.2 模具钢232

8.5.3 量具钢234

8.6 特殊性能钢235

8.6.1 不锈钢235

8.6.2 耐热钢240

8.6.3 耐磨钢241

习题与思考题242

9 铸铁243

9.1 铸铁的石墨化过程及分类243

9.1.1 铸铁的石墨化过程243

9.1.2 铸铁的分类244

9.2 灰口铸铁245

9.2.1 灰口铸铁的化学成分、组织和性能245

9.2.2 灰口铸铁的牌号和用途246

9.2.3 影响灰口铸铁组织与性能的因素248

9.2.4 灰口铸铁的孕育处理248

9.2.5 灰口铸铁的热处理249

9.3 球墨铸铁249

9.3.1 球墨铸铁的化学成分、组织和性能249

9.3.2 球墨铸铁的牌号和用途250

9.3.3 球墨铸铁的热处理250

9.4 蠕墨铸铁252

9.4.1 蠕墨铸铁的化学成分与金相组织252

9.4.2 蠕墨铸铁的牌号、性能与用途252

9.5 可锻铸铁253

9.5.1 可锻铸铁的化学成分、组织及石墨化退火253

9.5.2 可锻铸铁的牌号、性能及用途254

9.6 特殊性能铸铁254

9.6.1 耐磨铸铁255

9.6.2 耐热铸铁255

9.6.3 耐蚀铸铁255

习题与思考题256

10 有色金属及合金257

10.1 铝及铝合金257

10.1.1 纯铝257

10.1.2 铝合金的分类257

10.1.3 铝合金强化259

10.1.4 变形铝合金261

10.1.5 铸造铝合金264

10.2 镁及镁合金268

10.2.1 纯镁268

10.2.2 镁合金268

10.3 铜及铜合金275

10.3.1 纯铜275

10.3.2 黄铜276

10.3.3 青铜278

10.4 钛及钛合金280

10.4.1 纯钛280

10.4.2 钛合金280

10.4.3 工业用钛合金282

10.4.4 钛合金的热处理283

习题与思考题286

参考文献287